[发明专利]一种三层结构正极极片及其制备方法和应用

说明书

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种三层结构正极极片及其制备方法和应用。该极片由第一层涂层、第二层涂层和第三层涂层组成，其中第一层涂层由正极浆料涂覆在正极集流体表面制得，第二层涂层由磷酸铁锂浆料涂覆在第一层涂层表面制得，第三层涂层由陶瓷浆料涂覆在第二层涂层表面制得。在本发明中，第二层涂层可以阻隔第一层涂层中三元材料和电解液直接接触，抑制循环过程中HF对电极材料侵蚀，减少副反应，提高电池循环稳定性；第三层涂层可以防止毛刺刺破隔膜后与另一电极极片直接接触，降低短路可能；采用第三层＞第二层＞第一层的三层孔隙结构，提高了正极材料中电解液浸润性、锂离子有效扩散系数，进而提高了锂电池低温特性和倍率特性。

技术领域

本发明属于锂离子电池领域，涉及一种三层结构正极极片及其制备方法和应用。

背景技术

为了解决能源环境问题，各国重点发展新能源尤其是二次电池的研究，作为大家最关注，最有应用前景的锂离子电池的研究始终方兴未艾。目前，锂离子电池是主流的电动汽车的动力电池，在新能源汽车领域扮演着非常重要的角色。随着市场的发展，锂离子电池的安全性以及续航里程成为了大家关注的焦点。其中锂电池极片生产过程，需要在集流体上涂覆一层活性物质浆料，并无其他的浆料涂覆，然后需要对极片进行模切或者激光切，最后叠片装配成型。但在模切过程会产生一些毛刺和碎屑，另外锂电池在低温和高倍率充放电过程中，负极极片极有可能出现析锂枝晶，这些异物都会刺穿隔膜导致电池短路，进而产生热失控等安全问题。如CN112436103A公开了一种双层结构极片及其制备方法与应用，所述锂离子电池电极片包括依次设置的集流体、第一涂层和第二涂层；所述集流体选自铜箔和铝箔中的一种，所述第一电极涂层的厚度占电极极片总厚度的20-40％，所述第二电极涂层的厚度占电极极片总厚度的60-80％，将所述电极片应用于锂离子电池中，提升涂层与集流体之间的剥离力，降低极片电阻，从而提升电池的循环性能，然而所述多层涂布活性物质是同一种，只能发挥单一效用，并且多层涂布容易造成集流体褶皱，仍需进一步优化。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出一种三层结构正极极片及其制备方法和应用。本发明通过预先设定好的面密度和厚度，在集流体上进行涂覆，进而得到逐层增高孔隙率结构的三层结构正极极片。这样的结构提高了正极材料中电解液的浸润性、锂离子的有效扩散系数，进而提高了锂电池的低温特性和倍率特性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种三层结构正极极片，由第一层涂层极片、第二层涂层极片和第三层涂层极片组成，其中第一层涂层极片由正极浆料涂覆在正极集流体表面制得，第二层涂层极片由磷酸铁锂浆料涂覆在第一层涂层极片表面制得，第三层涂层极片由陶瓷浆料涂覆在第二层涂层极片表面制得。

进一步，所述的三层结构正极极片的制备方法，步骤如下：

(1)第一层涂层极片：将三元正极活性材料分别与导电剂、粘结剂、有机溶剂混合制备得到三元正极活性浆料；然后将三元正极活性浆料均匀涂覆在正极集流体上，干燥、辊压得到第一层涂层极片；

(2)第二层涂层极片：将磷酸铁锂、粘结剂、导电剂、有机溶剂配制成磷酸铁锂浆料，然后将制得的磷酸铁锂浆料涂覆于步骤(1)所得的第一层涂层极片上，干燥、辊压得到第二层涂层极片；

(3)第三层涂层极片：将氧化物陶瓷粉末、粘结剂、分散剂、有机溶剂配制成陶瓷浆料，然后将制得的陶瓷浆料涂覆于步骤(2)所得的第二层涂层极片上，干燥、辊压得到第三层涂层极片，即得到三层结构正极极片。

进一步，所述步骤(1)中三元正极活性材料为镍钴锰酸锂材料。

进一步，所述步骤(1)中镍钴锰酸锂材料为镍钴锰酸锂(811)、镍钴锰酸锂(523)、镍钴锰酸锂(622)或镍钴锰酸锂(111)中的任意一种或多种。

进一步，所述步骤(1)中三元正极活性浆料的固含量为65～75％，三元正极活性浆料的粘度为5000～8000mPa·s。